一張膜的事，大尺寸LCD光固化3D打印新解

AM易道分享

聊大尺寸LCD光固化，大家習(xí)慣把目光放在屏幕上。

8K夠不夠、面板多大、釋放力怎么解決、用什么離型膜。

但有一件事很少被認(rèn)真討論。

光源。

準(zhǔn)確說(shuō)，是光源出來(lái)的那束光，到底有多準(zhǔn)。

LCD光固化的工作原理是把圖案投在樹脂上，光線越平直，分辨率越高、尺寸越準(zhǔn)；

光線越發(fā)散，相鄰像素就會(huì)互相串?dāng)_，打出來(lái)的東西邊緣糊、表面粗。

臺(tái)灣科技大學(xué)機(jī)械工程系Lin Ding-Zheng課題組今年5月發(fā)表在Optical Materials Express上的這篇論文，試圖把直下式LED背光模組的光，變得更準(zhǔn)、更均勻。

他們做出來(lái)的結(jié)果是，光束發(fā)散角做到5°到10°（也就是±5°到±10°的范圍），均勻度超過(guò)81%，增益3.5。

這個(gè)增益數(shù)字，是他們自己上一代單面結(jié)構(gòu)準(zhǔn)直膜（SSSCF）的1.5倍，是市面上常用的兩片正交BEF背光的近2倍。

左圖是DSSCF的剖面結(jié)構(gòu)，由透鏡陣列、帶孔徑的梯形微結(jié)構(gòu)和高反射涂層組成；

右圖是兩片正交DSSCF加擴(kuò)散膜組成的準(zhǔn)直背光模組工作原理。

為什么直下式背光的準(zhǔn)直難做？
我們學(xué)習(xí)文章中的總結(jié)轉(zhuǎn)述如下，如有表述錯(cuò)誤請(qǐng)讀者評(píng)論區(qū)指正：
LCD做3D打印，光源不能是裸LED，得經(jīng)過(guò)一層背光模組把點(diǎn)光源變成均勻的面光源。
市面上做大屏幕電視的方案有兩種思路：
邊緣背光（側(cè)入式），和直下式背光。

邊緣背光靠的是一塊導(dǎo)光板把側(cè)邊LED的光導(dǎo)到整個(gè)屏幕，結(jié)構(gòu)薄，光路設(shè)計(jì)也比較成熟，搭配增亮膜（BEF）和折射型微結(jié)構(gòu)膜可以做到不錯(cuò)的準(zhǔn)直效果。

問(wèn)題是它的光強(qiáng)、能量密度都偏低，對(duì)大尺寸高速光固化來(lái)說(shuō)，曝光時(shí)間可能會(huì)長(zhǎng)。

直下式背光是LED陣列直接鋪在屏幕背后，能量密度高，結(jié)合分區(qū)調(diào)光（local dimming）還能做出高對(duì)比度。

LCD光固化要做大屏幕、要快，直下式幾乎是唯一選擇。

但直下式有個(gè)老毛病，LED是點(diǎn)光源，發(fā)散角度大，要把這種光變成準(zhǔn)直的，遠(yuǎn)比側(cè)入式難。

業(yè)界常見的兩條解決路徑都不太夠用。

一種是微百葉膜（microlouver film），靠高深寬比的細(xì)柵結(jié)構(gòu)擋掉大角度光，剩下的小角度光直通。

簡(jiǎn)單粗暴，但能量損失大。

另一種是折射型微結(jié)構(gòu)膜，靠幾何曲率把光折成小角度。

但這種方案離不開導(dǎo)光板，所以基本只能用在側(cè)入式上。

到了直下式這邊，要兼顧準(zhǔn)直、均勻、能量、對(duì)比度，可選的成熟方案其實(shí)并不多。

下圖是三種配置的光強(qiáng)極坐標(biāo)對(duì)比圖

從左到右依次是僅擴(kuò)散片、擴(kuò)散片+一片DSSCF、擴(kuò)散片+兩片正交DSSCF的Candela光強(qiáng)分布。

可以直觀看到光斑從全空間發(fā)散逐步收到中心。

上一代方案，卡在工藝上
這個(gè)課題組其實(shí)2024年就發(fā)過(guò)一版準(zhǔn)直膜，叫SSSCF單面結(jié)構(gòu)。光學(xué)性能已經(jīng)不錯(cuò)，增益做到2.3。

但有一道墻繞不過(guò)去。

要讓漏光壓得夠干凈，膜上的透鏡得做出一個(gè)非常尖銳的拐角。

這個(gè)拐角越尖，光學(xué)性能越好，但模具加工越難、良率越低。

說(shuō)白了實(shí)驗(yàn)室里能做，量產(chǎn)里賠錢。

DSSCF的思路是換一條路，不靠把單面拐角磨尖，而是在膜的背面再加一層結(jié)構(gòu)，梯形的小坑加上一個(gè)個(gè)小孔，外面鍍一層反光膜。

這樣三種光線就有了三種歸宿：

光線對(duì)得正，直接從小孔穿過(guò)去，被透鏡聚成一束準(zhǔn)直光。

光線有點(diǎn)斜，碰到梯形坑壁被反射，再修正一下角度，照樣穿出去。

光線斜得離譜，直接被反光膜彈回背光腔里，等下一輪再來(lái)。

下圖是兩種膜的機(jī)制對(duì)比

左側(cè)SSSCF會(huì)有大角度漏光從相鄰?fù)哥R出射；右側(cè)DSSCF的梯形微結(jié)構(gòu)擋住了這條漏光路徑

效果立竿見影。論文里兩組最優(yōu)方案，大角度漏光徹底歸零。

而且不再需要那種工藝極限的尖角透鏡，用標(biāo)準(zhǔn)角度的常規(guī)透鏡就夠了。

工藝這道墻，繞過(guò)去了。

數(shù)字到底差多少

論文里有三組直接對(duì)比：

準(zhǔn)直程度（光束發(fā)散角）

大角度漏光

中心亮度（增益）

DSSCF 案例A

極窄，±5.5°

0

3.5

DSSCF 案例B

較窄，±10°

0

3.0

市售BEF對(duì)照

寬，±20°

28%

1.8

最值得看的是中間那一欄，大角度漏光。

BEF方案有28%的光線散在大角度上。

這部分光跑到LCD屏幕上以后，因?yàn)樾鄙溥M(jìn)液晶單元，會(huì)進(jìn)一步泄漏，造成過(guò)曝和相鄰像素之間的串?dāng)_。

最后體現(xiàn)在打印件上，就是邊緣糊、表面粗。

DSSCF直接把這個(gè)數(shù)字壓到0。

但有一個(gè)數(shù)字看起來(lái)不利于DSSCF，總能量利用率。

BEF能用上35.7%，DSSCF案例A只有5.2%。表面看是大退步。

論文作者對(duì)這一點(diǎn)的回應(yīng)，是對(duì)3D打印來(lái)說(shuō)，總能量不重要，能用在打印上的那部分能量才重要。

BEF的能量攤在很大一片角度上，真正落在打印面上的并不多，剩下的都在制造干擾。

論文Table 1說(shuō)的是DSSCF兩個(gè)最優(yōu)設(shè)計(jì)與BEF基準(zhǔn)的性能對(duì)比

注意三組方案在大角度漏光、光束發(fā)散角、中心亮度上的差異，以及對(duì)±5°范圍內(nèi)有效能量這個(gè)更接近真實(shí)使用場(chǎng)景的指標(biāo)的對(duì)比

文章的意思是只看±5°范圍內(nèi)那部分真正有用的能量，DSSCF案例A是3.9%，BEF是7.3%。

差距已經(jīng)沒(méi)那么大了。再考慮BEF那部分里還混著大量添亂的能量，DSSCF可能更劃算。

對(duì)3D打印行業(yè)的意義
LCD光固化這兩年最大的方向是把屏幕做大。
市面上的商用屏幕都已經(jīng)過(guò)百寸、上了8K，LCD顯然有繼續(xù)跟進(jìn)配套的趨勢(shì)。
邏輯很簡(jiǎn)單，屏幕越大，一次能打的件越多，單件成本越低。

但屏幕一大，原本不起眼的環(huán)節(jié)就開始出問(wèn)題。

最近兩年公開的解決方案，幾乎都在圍繞打印面之下做文章。

柔性離型膜解決脫模力，新型顯示界面解決表面粗糙，新結(jié)構(gòu)料槽縮小間隙。這些都是樹脂槽那一頭的活。

光源這一頭，做的人少得多。

原因是消費(fèi)級(jí)LCD打印機(jī)用的就是屏幕的背光模組改一改，屏幕小的時(shí)候問(wèn)題不大。

但屏幕一旦夠大、8K以上，問(wèn)題就壓不住了。

還是前面提到的問(wèn)題，再重復(fù)一遍，屏幕越大，邊緣像素離正中心越遠(yuǎn)，光線斜著打過(guò)去的串?dāng)_就越嚴(yán)重。

到這個(gè)時(shí)候，光源準(zhǔn)直就不再是差不多就行，而是決定能不能打出像樣?xùn)|西的關(guān)鍵。

那這片把光理順的膜，到底是怎么做出來(lái)的？

論文里給了完整的工藝路線。

一句話概括，就是先用紫外膠在透鏡背面長(zhǎng)出梯形小坑，再用一層可以被弱堿溶液溶掉的犧牲膠做掩膜，鍍上一層200納米的銀做反光層，最后把犧牲膠泡掉，露出小孔。

每一步都不算稀奇，但要把它們疊在一起做到大面積均勻，是另一回事。

上圖是DSSCF的制造流程，包含紫外膠涂布、自對(duì)齊曝光、銀膜濺射、犧牲層剝離等步驟

顯然這個(gè)工序來(lái)說(shuō)，離量產(chǎn)還有距離。

論文里做的是小面積測(cè)試樣品，測(cè)的也只是光強(qiáng)分布。

幾個(gè)問(wèn)題
能不能量產(chǎn)，成本能壓到多少。
論文用的工藝步驟本身都是成熟的，但要把它們疊在一起、做到大面積均勻，是另一回事。

還有就是只有405nm夠不夠。

這次做的是單波長(zhǎng)光固化的場(chǎng)景。但如果以后LCD要做彩色光固化（不同波長(zhǎng)配不同樹脂），就需要這片膜在更寬的波段上都能準(zhǔn)直。

最關(guān)鍵的問(wèn)題是這片膜真打出來(lái)的件長(zhǎng)什么樣。

論文從頭到尾是一篇光學(xué)器件文章。

所有數(shù)據(jù)都是光強(qiáng)分布、增益、均勻度這些光學(xué)指標(biāo)，沒(méi)有一張打印件的照片，也沒(méi)有跟傳統(tǒng)BEF方案對(duì)比的打印件粗糙度或精度數(shù)據(jù)。

光學(xué)性能的提升能不能在打印件上兌現(xiàn)，沒(méi)看到展示，值得后續(xù)關(guān)注。

回到開頭那句話，大尺寸LCD光固化卡在哪里，光源是被低估的那一塊。

課題組花了四年，一片一片把LCD光路這邊的拼圖補(bǔ)齊。

光源準(zhǔn)直這件事，可能不會(huì)出現(xiàn)在3D打印機(jī)的發(fā)布會(huì)海報(bào)上。

但當(dāng)哪天真有人推出一臺(tái)超大尺寸的LCD光固化設(shè)備，能穩(wěn)定打出表面光滑、尺寸精準(zhǔn)的大件。

那臺(tái)機(jī)器里，多半就藏著這樣一片膜。

不顯眼，但把光理順了。

本文是AM易道對(duì)學(xué)術(shù)論文的解讀和轉(zhuǎn)述，帶有大量主觀判斷、內(nèi)容取舍和添加行業(yè)視角，原文信息密度大、專業(yè)細(xì)節(jié)多，如果您是相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)讀者，強(qiáng)烈建議直接閱讀原文，本文的內(nèi)容可能與原作者的嚴(yán)謹(jǐn)表述存在部分差異。

論文：Zi-Jain Zhang and Ding-Zheng Lin, "Double-sided structure collimation film (DSSCF) for direct-lit backlight in high-contrast liquid crystal displays and 3D printing," Optical Materials Express, Vol. 16, No. 5 / 1 May 2026 / pp. 1427-1439.